模块化信号调理电路的设计

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1、生物电位信号传感器的模块化信号调理电路设计WinncyY.DU,WinstonJOSE,JakeASKELAND圣荷西州立大学机械与航空航天部，加州圣荷西市95116美国Tel.:+1-408-924-3866,fax:+1-408-924-3995E-mail:winncy.du@sjsu.edu收稿：2010年8月5日　/接受：2010年9月14日/出版：2010年9月27日Abstract:Biosignalconditioning(BC)iscriticalinbiomedicalinstrumentsbecauseitdirectlyaffectsmeasurementaccur

2、acy,reliability,andrepeatability.BCalsopresentsagreatchallengeduetothesmallamplitudeofbiosignalsandtheireaseofcorruptionwithnoiseandotherdisturbances.ThispaperdescribesamodularBCsystemdevelopedforbiopotentialsensorsthatcanpreserveusefulinformationwhileremovingunwantednoiseandinterferencecomponents

3、.ThisBCcircuitincludesaninstrumentationamplifier,anactive1st-orderhigh-passfilterwithSallen-Keyconfiguration,a5thorderlow-passBesselfilter,anda2nd-orderTwin-T方法。notchfilter.Theorderofthesefiltersandtheassociatedcomponentsineachfiltercanbeeasilychangedtoadapttodifferentbiosignals(modularfeature).Da

4、taacquisitionandsamplingwereperformedusingaUSB6009modulewithabuilt-inA/Dconverter.Testingofarealelectrocardiogramonthedesignedsignalconditioningcircuitdemonstratedcomparableoutputstocommercialdevices.Copyright©2010IFSA.Keywords:Biosignalconditioning,Modularcircuit,ECGsignal摘要：生物信号处理（BC）在生物医学仪器中是非常

5、关键的，因为它直接影响到测量的准确度、可靠性和再现性。由于生物信号的小振幅和容易受到噪声以及其他干扰的特点，对BC也提出了重大挑战。本文描述了一种模块化的生物信号传感器处理电路系统，它是专为生物信号传感器设计的在滤除不必要噪声和干扰成份的同时又能保护其中的有用部分。这个BC电路包括一个仪表放大电路，一个含有Sallen-Key结构的一阶有源高通滤波器，一个五阶低通贝塞尔滤波器，一个二阶双T陷波器。这些滤波器和每个滤波器的相关组件可以很容易改变以适应不同的生理信号（模块化功能）。数据采集和取样是用的带内置A/D转换器的USB6009模块。在所设计的信号调理电路上进行真正的输出真实心电图测试表

6、明其可比商业设备。版权所有©2010IFSA。关键词：生物信号调理，模块化电路，心电图信号1、简介生物信号调理（BC）在生物医学仪器和生物传感器中发挥了关键性作用。一个设计很好的的BC电路可以显著提高测量的精度，可靠性和可再现性。然而，BC也面临着一个巨大的挑战，因为：(1)生物信号本质上就是很微弱的（0.001mV-100mV带有1mV的典型值。见图1）;(2)他们很容易受到噪声和其他干扰的破坏，例如电源线的干扰，脉冲噪声，静电电位，杂散电容，以及附近的电子设备。（3）生物信号产品可以通过物体移动和肌肉张力获得[2]。图1显示了常见生物电信号的幅度和频率范围[3]。请注意，心电图（ECG

7、）信号是位于生物信号的中间范围，幅度为0.1mV-10mV的范围，频率为0.01Hz-250Hz。因此，心电图信号作为生物信号的典型代表被选作模块BC电路实验和实现的工作模型。图1常见生物信号的幅度和频率范围[3][4-[13]的文献报道了关于心电图信号研究的几项工作。Tenedero等 [4]开发了一个带宽为0.05Hz–40Hz的心电图电路。其中用到了一个AD620的仪表放大器（IA），由于其低噪音，低输入偏置电流，